ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ***** NGUYỄN VĂN TƯỞNG NGHIÊN CỨU ĐỘ TĂNG NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH RF Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân Năng lượng cao Mã số: 604405 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS – TS CHÂU VĂN TẠO TP HỒ CHÍ MINH – 2012 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành luận văn này, nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình thầy cô, gia đình bè bạn Thông qua luận văn này, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:  PGS-TS CHÂU VĂN TẠO - người tận tình bảo định hướng cho thực luận văn  Th.S TRỊNH HOA LĂNG - người giúp đỡ nhiều trình thực luận văn  GS-TS ITAHASHI - người cung cấp cho nhiều tài liệu quý giá để giúp cho luận văn hoàn thiện  Các thầy cô phản biện hội đồng chấm luận văn cho nhận xét góp ý quý giá luận văn  Các thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Khoa Vật Lý & Vật lý Kỹ thuật – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy hướng dẫn suốt trình học cao học  Các đồng nghiệp Trường THPT Chuyên Lương Văn Chánh - Phú Yên gánh vác giúp nhiều công việc để tập trung nghiên cứu, thực hoàn thành luận văn  Các bạn lớp cao học Vật lý Hạt nhân K19, gia đình bạn bè ủng hộ, động viên khuyến khích suốt thời gian qua Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 NGUYỄN VĂN TƯỞNG MỤC LỤC MỤC LỤC………………… DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU………………… CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC 11 1.1 Lịch sử phát triển máy gia tốc 11 1.2 Ứng dụng máy gia tốc 14 1.3 Những thành tựu lĩnh vực nghiên cứu hạt máy gia tốc 18 1.4 Những mục tiêu triển khai lĩnh vực nghiên cứu hạt máy gia tốc…………………… 19 CHƯƠNG - MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH RF 20 2.1 Cơ sở lí thuyết……… 20 2.1.1 Động hạt 20 2.1.2 Công thức tương đối tính 22 2.1.3 Lực Lorentz 23 2.1.4 Phương trình Maxwell 24 2.1.5 Hàm Hamilton phương trình Hamilton 24 2.2 Sơ đồ khối máy gia tốc tuyến tính RF 25 2.3 Ống dẫn sóng…………… 28 2.3.1 Ống dẫn sóng kiểu disk-loaded 28 2.3.2 Ống dẫn sóng kiểu coupled-cavity 32 2.4 Nguồn phát khuếch đại sóng RF 34 2.5 Nguồn phát electron… 36 CHƯƠNG - TÍNH ĐỘ TĂNG NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH RF 39 3.1 Mô tả chuyển động hạt hàm Hamilton 39 3.2 Quá trình tăng tốc chùm electron 47 3.2.1 Trường hợp electron chuyển động có quỹ đạo trùng với trục Oz 47 3.2.2 Khảo sát trình thu lượng electron tăng tốc 49 3.2.3 Tính lượng H electron chương trình Mathematica 53 3.2.4 Phân tích kết tính toán 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 67 PHỤ LỤC……………………… 69 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu  A  j  B  E  F  p Ý nghĩa Thế vectơ Mật độ dòng điện Cảm ứng từ Cường độ điện trường Lực Động lượng  Biến số thời gian suy rộng hàm Hamilton suy rộng K a Bán kính lỗ an Hệ số khai triển Fourier b Bán kính bên hốc tăng tốc b0 Bán kính ống dây quấn bên ống dẫn sóng c Vận tốc ánh sáng chân không d Chiều dài hốc tăng tốc e Điện tích nguyên tố f Tần số sóng điện từ Gi Biểu thức liên hệ đổi biến  H Hàm Hamilton I Cường độ dòng điện chạy qua ống dây J Hàm Bessel k Số sóng Ki Hàm Hamilton suy rộng kn Số sóng truyền theo phương Oz L Chiều dài ống dây quấn bên ống dẫn sóng m Khối lượng tương đối tính m0 Khối lượng nghỉ N Số vòng dây quấn quanh ống dẫn sóng q Điện tích RF Radio Frequency – Tần số vô tuyến T Động t Thời gian τ Thời gian riêng để sóng RF qua hốc tăng tốc TE Chế độ hoạt động Transverse Electric mode TM Chế độ hoạt động Transverse Magnetic mode U Thế v Vận tốc electron V Thế vô hướng vg Vận tốc nhóm sóng vp Vận tốc pha sóng ε0 Độ điện thẩm chân không μ0 Độ từ thẩm chân không π Động lượng suy rộng πkin Động lượng suy rộng theo động ρ Mật độ điện tích τ Thời gian sóng RF truyền qua hốc Φ0 Độ thay đổi pha sóng RF qua hốc tăng tốc ω Tần số góc sóng điện từ DANH MỤC CÁC BẢNG Tên Nội dung Trang Bảng 3.1 Các thông số máy gia tốc dùng để tăng tốc cho 50 electron Bảng 3.2 Giá trị hệ số an 51 Bảng 3.3 Số liệu thu từ kết tính toán công thức (3.68) 55 (3.69) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Hình 1.1 Nội dung Trang Sơ đồ nguyên lí máy gia tốc Rolf Wideröe với ống 13 trôi Hình 1.2 Máy gia tốc Tevatron 15 Hình 1.3 Máy gia tốc tuyến tính PRIMUS SIEMENS dùng 16 chẩn đoán điều trị bệnh Hình 2.1 Sơ đồ khối máy gia tốc tuyến tính RF 26 Hình 2.2 Chùm hạt dạng bó phóng vào ống dẫn sóng 27 Hình 2.3 Ống dẫn sóng kiểu disk-loaded 29 Hình 2.4 Các thông số quan trọng ống dẫn sóng disk-loaded 30 Hình 2.5 Sóng tổng hợp từ hai sóng thành phần có tần số lệch 31 Hình 2.6 Sóng RF truyền ống dẫn sóng dạng bó 31 Hình 2.7 Điện trường từ trường bên ống dẫn sóng 32 Hình 2.8 Cấu trúc thực tế ống dẫn sóng coupled-cavity 33 Hình 2.9 Hình dạng tổng thể ống dẫn sóng kiểu side – coupled 33 Hình 2.10 Hình dạng cấu tạo bên klystron 35 Hình 2.11 Nguồn phát electron catod quang điện 37 Hình 3.1 Đồ thị thể tăng dần tỉ số lượng electron 60 vị trí z so với lượng ban đầu electron tăng tốc Hình 3.2 Đồ thị thể tăng lượng electron 61 trình chuyển động ống dẫn sóng Hình 3.3 Đồ thị thể ảnh hưởng pha k sóng RF đến 62 tăng tốc electron Hình 3.4 Đồ thị thể ảnh hưởng pha sóng RF đến 63 tăng tốc electron ba hốc tăng tốc Hình 3.5 Sự phụ thuộc trình tăng tốc cho electron vào pha sóng RF theo kết nghiên cứu từ Trường Đại học Công nghệ Eindhoven, Hà Lan 64 MỞ ĐẦU Từ hệ máy gia tốc tạo nay, chúng liên tục đóng góp cho khám phá hiểu biết quan trọng người nhiều ngành vật lí Ngày nay, máy gia tốc trở thành công cụ quan trọng việc nghiên cứu vật lí hạt bản, đồng thời ứng dụng rộng rãi ngành kỹ thuật y học Trong nghiên cứu vật lí hạt bản, máy gia tốc đóng vai trò tạo chùm hạt lượng cao để cho va chạm với bia vật chất Kết va chạm cho ta sản phẩm chùm hạt loại vật chất mà tạo vùng lượng cao Từ ta nghiên cứu thuộc tính vật chất chùm hạt tạo thành Trong y học, máy gia tốc sử dụng công cụ tạo chùm tia lượng cao dùng để phục vụ cho việc chẩn đoán hình ảnh điều trị nhiều bệnh đặc biệt bệnh ung thư Tại Việt Nam, máy gia tốc lắp đặt vào năm 1974 để phục vụ cho nghiên cứu khoa học [1] Theo thời gian, số lượng máy gia tốc xuất ngày nhiều trung tâm nghiên cứu khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ xạ,… Ngoài ra, nhiều máy gia tốc lắp đặt bệnh viện để phục vụ cho việc chẩn đoán điều trị bệnh Có thể nói máy gia tốc dần trở nên phổ biến nước ta chắn tương lai không xa kỹ thuật gia tốc nước ta phát triển mạnh ứng dụng rộng rãi theo xu hướng chung giới Với xu hướng phát triển kỹ thuật gia tốc vậy, việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động cấu tạo máy gia tốc điều cần thiết Trên thực tế, 54 a4:=0.076; a5:=0.0096; a6:=0.0012; d:=0.033; (*Khi pha cua song RF ÷6 thi ham h duoc tinh nhu sau*) h[z_]=-(qe÷Hi)×E0×(a3×z×Cos[÷6]+a0×d÷(-6×)×Sin[6××z÷d+÷6]+a1×d÷(-4×)×Sin[-4××z÷d+÷6]+a2×d÷(-2×)×Sin[2××z÷d+÷6]+a4×d÷(2×)×Sin[2××z÷d+÷6]+a5×d÷(4×)×Sin[4××z÷d +÷6]+a6×d÷(6×)×Sin[6××z÷d+÷6])×(a0×Cos[-6××z÷d]+a1×Cos[4××z÷d]+a2×Cos[2××z÷d]+a3×Cos[0]+a4×Cos[2××z÷d]+a5×Cos[4××z÷d]+a6×Cos[6××z ÷d])-1; Plot[h[z],{z,0,1},AxesLabel{"z(m)","h"}]; (*Ham Hamiton cho biet nang luong cua electron pha cua song RF la ÷6*) H[z_]=-Hi×h[z]; Plot[H[z],{z,0,1},AxesLabel{"z(m)","H(MeV)"}]; (*Khi pha cua song RF ÷3 thi ham h duoc tinh nhu sau*) h1[z_]=-(qe÷Hi)×E0×(a3×z×Cos[÷3]+a0×d÷(-6×)×Sin[6××z÷d+÷3]+a1×d÷(-4×)×Sin[-4××z÷d+÷3]+a2×d÷(-2×)×Sin[2××z÷d+÷3]+a4×d÷(2×)×Sin[2××z÷d+÷3]+a5×d÷(4×)×Sin[4××z÷d +÷3]+a6×d÷(6×)×Sin[6××z÷d+÷3])×(a0×Cos[-6××z÷d]+a1×Cos[4××z÷d]+a2×Cos[2××z÷d]+a3×Cos[0]+a4×Cos[2××z÷d]+a5×Cos[4××z÷d]+a6×Cos[6××z ÷d])-1; (*Khi pha cua song RF ÷2 thi ham h duoc tinh nhu sau*) h2[z_]=-(qe÷Hi)×E0×(a3×z×Cos[÷2]+a0×d÷(-6×)×Sin[6××z÷d+÷2]+a1×d÷(-4×)×Sin[-4××z÷d+÷2]+a2×d÷(-2×)×Sin[2××z÷d+÷2]+a4×d÷(2×)×Sin[2××z÷d+÷2]+a5×d÷(4×)×Sin[4××z÷d +÷2]+a6×d÷(6×)×Sin[6××z÷d+÷3])×(a0×Cos[-6××z÷d]+a1×Cos[4××z÷d]+a2×Cos[2××z÷d]+a3×Cos[0]+a4×Cos[2××z÷d]+a5×Cos[4××z÷d]+a6×Cos[6××z ÷d])-1; (*Khi pha cua song RF 2×÷3 thi ham h duoc tinh nhu sau*) h3[z_]=-(qe÷Hi)×E0×(a3×z×Cos[2×÷3]+a0×d÷(-6×)×Sin[6××z÷d+2×÷3]+a1×d÷(-4×)×Sin[-4××z÷d+2×÷3]+a2×d÷(2×)×Sin[2××z÷d+2×÷3]+a4×d÷(2×)×Sin[2××z÷d+2×÷3]+a5×d÷(4×)×Sin[4× 55 ×z÷d+2×÷3]+a6×d÷(6×)×Sin[6××z÷d+2×÷3])×(a0×Cos[6××z÷d]+a1×Cos[-4××z÷d]+a2×Cos[2××z÷d]+a3×Cos[0]+a4×Cos[2××z÷d]+a5×Cos[4××z÷d]+a6×Cos[6××z ÷d])-1;Plot[{f[z],f1[z]},{z,0,1}]; (*Ham Hamiton cho biet nang luong cua electron pha cua song RF lan luot la ÷3, ÷2 va 2÷3*) H1[z_]=-Hi×h1[z]; H2[z_]=-Hi×h2[z]; H3[z_]=-Hi×h3[z]; Plot[{H[z],H1[z],H2[z]},{z,0,1},AxesLabel{"z(m)","H(MeV)"}]; Plot[{H[z],H1[z],H2[z],H3[z]},{z,0,0.1},AxesLabel{"z(m)","H(Me V)"}]; 3.2.4 Phân tích kết tính toán Kết việc dùng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải toán thu lượng electron trình chuyển động, ta thu bảng giá trị lượng electron ứng với vị trí khác trình electron tăng tốc ống dẫn sóng với quỹ đạo trục ống sau: Bảng 3.3 Số liệu thu từ kết tính toán công thức (3.68) (3.69) Vị trí z(m) Tỉ số h lượng electron vị trí z lượng ban đầu Năng lượng H(MeV) electron vị trí z 0,01 -1,158 1,737 0,02 -1,415 2,122 0,03 -1,420 2,130 0,04 -1,647 2,470 0,05 -2,058 3,087 0,06 -1,972 2,958 0,07 -1,971 2,957 0,08 -2,665 3,998 56 0,09 -2,680 4,019 0,10 -2,230 3,344 0,11 -3,149 4,723 0,12 -3,457 5,186 0,13 -2,654 3,981 0,14 -3,435 5,153 0,15 -4,210 6,314 0,16 -3,394 5,091 0,17 -3,505 5,257 0,18 -4,839 7,258 0,19 -4,364 6,547 0,20 -3,518 5,276 0,21 -5,255 7,883 0,22 -5,382 8,073 0,23 -3,819 5,729 0,24 -5,392 8,088 0,25 -6,307 9,461 0,26 -4,642 6,963 0,27 -5,230 7,844 0,28 -7,029 10,543 0,29 -5,860 8,790 0,30 -4,945 7,418 0,31 -7,445 11,168 0,32 -7,159 10,738 0,33 -4,990 7,485 0,34 -7,492 11,239 57 0,35 -8,317 12,475 0,36 -5,756 8,634 0,37 -7,145 10,718 0,38 -9,198 13,797 0,39 -7,158 10,738 0,40 -6,559 9,838 0,41 -9,685 14,527 0,42 -8,760 13,141 0,43 -6,246 9,369 0,44 -9,707 14,560 0,45 -10,204 15,306 0,46 -6,795 10,192 0,47 -9,235 13,853 0,48 -11,309 16,963 0,49 -8,271 12,406 0,50 -8,382 12,573 0,51 -11,938 17,908 0,52 -10,164 15,247 0,53 -7,658 11,487 0,54 -12,003 18,004 0,55 -11,940 17,909 0,56 -7,835 11,753 0,57 -11,473 17,209 0,58 -13,327 19,991 0,59 -9,230 13,845 0,60 -10,416 15,624 58 0,61 -14,168 21,253 0,62 -11,358 17,037 0,63 -9,281 13,922 0,64 -14,347 21,521 0,65 -13,494 20,240 0,66 -8,964 13,446 0,67 -13,827 20,741 0,68 -15,218 22,828 0,69 -10,092 15,138 0,70 -12,644 18,965 0,71 -16,337 24,506 0,72 -12,345 18,517 0,73 -11,146 16,720 0,74 -16,705 25,057 0,75 -14,841 22,262 0,76 -10,262 15,393 0,77 -16,264 24,397 0,78 -16,952 25,427 0,79 -10,935 16,403 0,80 -15,035 22,552 0,81 -18,408 27,613 0,82 -13,148 19,722 0,83 -13,259 19,889 0,84 -19,038 28,557 0,85 -15,964 23,946 0,86 -11,798 17,698 59 0,87 -18,750 28,125 0,88 -18,497 27,746 0,89 -11,852 17,777 0,90 -17,554 26,331 0,91 -20,347 30,520 0,92 -13,817 20,726 0,93 -15,602 23,404 0,94 -21,308 31,962 0,95 -16,857 25,285 0,96 -13,617 20,426 0,97 -21,249 31,874 0,98 -19,828 29,743 0,99 -12,937 19,406 1,00 -20,162 30,243 Từ số liệu thu được, ta thấy lượng electron tăng 20 lần sau qua ống dẫn sóng dài 1m Độ tăng lượng trung bình phụ thuộc vào thông số máy gia tốc tuyến tính RF điện trường cực đại sóng RF, giá trị lượng ban đầu electron, thông số hình dạng, kích thước hốc tăng tốc,…Electron có lượng ban đầu lớn sóng RF cần phải có thành phần điện trường mạnh để việc tăng tốc đạt hiệu Để tăng tính trực quan đồng thời dễ so sánh với kết tính toán công trình nghiên cứu khác, số liệu tính toán thể đồ thị 60 h 0.2 0.4 0.6 0.8 z m -5 -10 -15 -20 Hình 3.1 Đồ thị thể tăng dần tỉ số lượng electron vị trí z so với lượng ban đầu electron tăng tốc (máy gia tốc hoạt động chế độ Φ0 = 2π/3, pha sóng RF k = π/6) Đồ thị hình 3.1 cho thấy tỉ số h có độ lớn tăng dần theo tọa độ z electron chuyển động Điều chứng tỏ lượng electron tăng dần Tuy nhiên, từ số liệu cụ thể hay từ hình dạng đồ thị cho ta thấy trình tăng lượng electron diễn liên tục mà đan xen giai đoạn tăng lượng giai đoạn mà lượng electron bị suy giảm Đồ thị hình 3.2 thể tăng lượng electron theo tọa độ z thông qua giá trị cụ thể lượng 61 H MeV 30 25 20 15 10 0.2 0.4 0.6 0.8 z m Hình 3.2 Đồ thị thể tăng lượng electron trình chuyển động ống dẫn sóng (năng lượng ban đầu electron 1,5MeV, máy gia tốc hoạt động chế độ Φ0 = 2π/3, pha sóng RF k = π/6) Đồ thị hình 3.2 cho thấy tăng tốc electron theo quy luật hàm tuyến tính mà kết hợp tăng tuyến tính với thăng giáng theo quy luật hàm sin Đó trình tăng tốc electron ống dẫn sóng diễn liên tục mà đan xen trình tăng giảm lượng nói Điều hoàn toàn phù hợp với thực tế bỡi lẽ chu kì sóng RF vị trí cụ thể có nửa thời gian sóng có tác dụng tăng tốc cho electron, nửa thời gian lại có tác dụng giảm tốc Nếu electron vào vùng có sóng RF với pha thích hợp có thời gian tăng tốc lớn thời gian giảm tốc Kết lượng electron liên tục thăng giáng theo xu hướng tăng dần 62 H MeV 30 π/6 25 20 π/3 15 10 0.2 Hình 3.3 0.4 0.6 0.8 π/2 z m Đồ thị thể ảnh hưởng pha k sóng RF đến tăng tốc electron Ở đồ thị hình 3.3, ta thấy hiệu tăng tốc phụ thuộc vào pha k sóng RF Như nói trên, công thức (3.54) cho thấy pha k sóng RF không thay đổi electron bay theo trục Oz Khảo sát chuyển động electron ống dẫn sóng pha sóng RF π/6, π/3, π/2 ta thu đồ thị khác Khi sóng RF có pha π/6 lượng electron tăng lên nhanh Khi pha sóng π/3 hiệu trình tăng tốc giảm nhiều so với trường hợp trước Khi chọn pha sóng π/2 trình tăng tốc không xảy ra, lượng electron thăng giáng nhẹ quanh giá trị ban đầu Nếu chọn pha sóng RF 2π/3 lượng electron lại giảm dần, lúc sóng RF gây tác dụng cản trở chuyển động electron Để thấy rõ tác động khác lên trình tăng tốc cho electron sử dụng sóng RF có pha khác 63 nhau, ta xét trình thay đổi lượng electron ứng chuyển động qua ba hốc tăng tốc Đồ thị hình 3.4 thể kết sau H MeV π/6 π/3 π/2 0.02 0.04 0.06 0.08 2π/3 z m 0.1 Hình 3.4 Đồ thị thể ảnh hưởng pha sóng RF đến tăng tốc electron ba hốc tăng tốc Hình 3.4 hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu độc lập máy gia tốc cụ thể báo cáo Barcelona năm 1996 với tên gọi “Hamiltonian calcultion on particle Motion in Linear electron accelerators” nhóm nhà khoa học đến từ Trường Đại học Công nghệ Eindhoven, Hà Lan [3] 64 Hình 3.5 Sự phụ thuộc trình tăng tốc cho electron vào pha sóng RF theo kết nghiên cứu từ Trường Đại học Công nghệ Eindhoven, Hà Lan [3] Sự tương đồng hình 3.4 3.5 khẳng định cho tính đắn lập luận tính toán tác giả luận văn 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian thực đề tài “Nghiên cứu độ tăng lượng electron máy gia tốc tuyến tính RF” với công việc cụ thể tìm hiểu cấu trúc máy gia tốc tuyến tính RF chế tăng tốc electron sóng điện từ RF, tác giả hoàn thành đề tài với kết sau: Về kiến thức, kỹ năng: tác giả thu hiểu biết định thiết bị kỹ thuật cao có nhiều ứng dụng khoa học, kỹ thuật đời sống – máy gia tốc tuyến tính RF Hiểu cấu trúc máy gia tốc, chế hoạt động số phận đặc biệt chế tăng tốc cho electron sóng điện từ RF Về kết thu được: nắm bắt lược sử phát triển máy gia tốc ứng dụng quan trọng thực tiễn, hệ thống lại lí thuyết cần thiết để sử dụng trình nghiên cứu hoạt động máy gia tốc tuyến tính, mô tả phận máy xây dựng nên công thức để tính toán lượng electron tăng tốc máy gia tốc tuyến tính RF, so sánh hiệu tăng tốc electron ứng với pha khác sóng RF, có thống kết tính toán với tác giả khác Có thể nói nội dung đề tài tổng hợp cụ thể hóa từ công trình nghiên cứu báo cáo hội nghị khoa học quốc tế vốn trình bày ngắn gọn Vì vậy, xem tài liệu tham khảo thiết thực dành cho người muốn tìm hiểu lĩnh vực máy gia tốc Thông qua công trình nghiên cứu, tác giả muốn góp thêm viên gạch đường tìm tri thức dành cho bước đầu quan tâm đến công nghệ gia tốc Đó thành công khiêm tốn đề tài 66 Kiến nghị Do thời gian thực đề tài “Nghiên cứu độ tăng lượng electron máy gia tốc tuyến tính RF” có hạn nên tác giả khái quát lí thuyết chung máy gia tốc, tập trung nghiên cứu máy gia tốc tuyến tính dùng sóng vô tuyến điện từ để gia tốc cho electron Trong tính toán độ tăng lượng electron, tác giả xét trường hợp electron chuyển động dọc theo trục đối xứng ống dẫn sóng Trong thực tế, electron hay hạt mang điện nói chung ban đầu chuyển động không trùng với trục đối xứng ống dẫn sóng tượng trở nên phức tạp nhiều Mặt khác, xét hệ nhiều hạt electron chuyển động tăng tốc tượng phức tạp có tương tác electron với Do đó, kết tính toán xác so với kết Với lí trên, tác giả xin kiến nghị tiếp tục phát triển đề tài theo hướng sau:  Khảo sát tăng lượng electron chuyển động ống dẫn sóng với quỹ đạo không trùng với trục đối xứng ống  Tính toán độ nhòe chùm electron qua ống dẫn sóng hướng cải tiến để giảm độ nhòe  Tìm hiểu nguyên nhân thăng giáng mạnh lượng electron trình tăng tốc hướng giảm thiểu tượng  Tính toán tác động lên kết thu khảo sát tăng tốc chùm electron thay electron đơn lẻ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Đức Thiệp (2002), Máy gia tốc, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [2] Lê Thanh Xuân (2010), Mô máy gia tốc tuyến tính dùng xạ trị phương pháp Monte Carlo, Luận văn thạc sĩ Vật lí Hạt nhân, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [3] A.F.J Hammen, J.M Corstens, J.I.M Botman, H.L Hagedoorn, W.H.C Theuws (1996), “Hamiltonian calcultion on particle Motion in Linear electron accelerators”, Proc of the fifth European Particle Accelerator Conference, Barcelona, pp 716-718 [4] H.L Hagedoorn, J.I.M Botman, R.W de Leeuw, R.J.W Stas (1996), “Orbit Dynamics In Low – Energy Electron Linear Accelerators”, Proc of the fifth European Particle Accelerator Conference, Barcelona, pp 944-946 [5] J.M.Corstens, A.F.J.Hammen, J.I.M Botman (1999), “Particle Dynamics In Low – Energy Travelling – Waves Linacs”, Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, pp.866-868 [6] J R Terrall, J C Slater (1951), Particle dynamics in the linear accelerator, Massachusetts Institude Of Technology, USA [7] Le Duff J (1992), “Dynamics and acceleration in linear structures”, CERN Accelerator School report, pp.253-288 [8] Rard Willem de Leeuw (1996), The accelerator injection chain of the electron storage ring EUTERPE, Eindhoven University of Technology, Netherlands 68 [9] Siemens (2003), PRIMUS Linear Accelerator, Siemens Medical Solutions USA [10] Stanley Humphies, Jr (1999), Principles of charged particle acceleration, John Wiley & Sons, USA [11] Thomas P Wangler (1998), RF Linear Accelerators, John Wiley & Sons, USA [12] Z Zimek, Z Dźwigalski*, S Warchoł, K Roman, S Bułka (2009), Klystron pulse modulator of linear electron accelerator: test results, Centre for Radiation Research and Technology, Institute of Nuclear Chemistry and Technology, Warsaw, Poland Các website [13] http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_particle_accelerator [14] http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider [15] http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator [16] http://en.wikipedia.org/wiki/SLAC_National_Accelerator_Laboratory [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Tevatron [18] http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2011/09/phat-hien-hat-di-chuyen-nhanh-hon-anh-sang/ [...]... Tính toán độ tăng năng lượng của của electron trong máy gia tốc tuyến tính RF: khảo sát quá trình chuyển động và tăng tốc của một electron cụ thể khi bay trong trường điện từ của máy gia tốc tuyến tính RF Giả lập một máy gia tốc với những thông số cần thiết để tính năng lượng cuối cùng của electron sau một quá trình tăng tốc 11 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC 1.1 Lịch sử phát triển của máy gia tốc. .. Nghiên cứu độ tăng năng lượng của electron trong máy gia tốc tuyến tính RF cho luận văn tốt nghiệp cao học của mình Mục đích của tác giả khi thực hiện đề tài này trước hết là tìm hiểu nguyên lí hoạt động của máy gia tốc, nghiên cứu cơ chế tăng tốc cho electron bằng sóng điện từ RF và xây dựng công thức tính năng lượng electron khi được tăng tốc theo các thông số kỹ thuật và chế độ hoạt động của máy. .. 2.1.1 Động năng của hạt Động năng là năng lượng mà một hạt có được do chuyển động Mục đích của máy gia tốc là truyền cho hạt mang điện một động năng lớn Động năng T của hạt thay  đổi dưới tác dụng của lực F theo công thức   (2.1) ΔT   Fd r  Trong công thức (2.1) d r là độ dời của hạt Trong máy gia tốc tuyến tính, lực tác dụng lên hạt mang điện chủ yếu theo một chiều Điều này phù hợp với tính đối... với một tọa độ và động lượng bất kì 2.2 Sơ đồ khối của máy gia tốc tuyến tính RF Hình 2.1 mô tả những module chính của máy gia tốc tuyến tính RF dưới dạng một sơ đồ khối Mỗi module thực hiện một hoặc một số nhiệm vụ trong quá trình máy 26 gia tốc hoạt động Đặc điểm về cấu trúc của những module này có thể thay đổi tùy theo từng loại máy gia tốc cụ thể Klystron Nguồn phát hạt Nguồn phát sóng RF Cửa sổ... học, y học và đời sống Chương 2 – Máy gia tốc tuyến tính RF: mô tả cơ sở lí thuyết về quá trình gia tốc một chùm hạt mang điện bằng sóng điện từ, các công cụ toán học có liên quan đến việc tính toán quá trình thu năng lượng của hạt hoặc những yếu tố tác động đến sự chuyển động của hạt trong quá trình tăng tốc Cũng trong chương này, cấu tạo của máy gia tốc tuyến tính RF sẽ được mô tả khái quát bằng sơ... đối tính của hạt sẽ tăng nhanh đến vô hạn khi vận tốc của nó đạt đến vận tốc ánh sáng Như vậy, động lượng của hạt sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều so với độ tăng vận tốc Lúc này, năng lượng toàn phần của hạt được định nghĩa E = γm0c2 (2.15) Công thức (2.15) cho thấy rằng năng lượng của hạt khi nó đứng yên có giá trị là m0c2 và được gọi là năng lượng nghỉ Khi hạt chuyển động, động năng của hạt được tính. .. siêu dẫn của Onnes trong thế kỉ 20 là cơ sở của việc chế tạo máy gia tốc Việc thiết kế máy gia tốc đòi hỏi sự hiểu biết về nhiều chuyên ngành của vật lí đặc biệt là điện từ trường, điện động lực học và cả lí thuyết tương đối tính Sau một thời gian đầu phát triển chậm chạp, máy gia tốc tuyến tính bước vào một giai đoạn phát triển mạnh mẽ trong suốt nửa cuối của thế kỉ 20 Chiếc máy gia tốc tuyến tính đầu... được hai loại bức xạ: chùm electron và chùm tia X Máy gia tốc còn có ưu điểm linh hoạt trong việc điều chỉnh cường độ cũng như năng lượng của chùm hạt Hình 1.3 Máy gia tốc tuyến tính PRIMUS của SIEMENS dùng trong chẩn đoán và điều trị bệnh [9] 17 Ngoài ra, cùng với sự phát triển của kỹ thuật gia tốc thì ứng dụng của máy gia tốc ngày càng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực khác của khoa học, y học, công nghiệp... ngoài về lĩnh vực máy gia tốc rất phong phú Tuy nhiên, ở Việt Nam, số đầu sách tiếng Việt viết về máy gia tốc còn tương đối ít và nội dung chỉ có tính khái quát Những đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh tiến sĩ về lĩnh vực máy gia tốc chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng máy gia tốc Vì vậy, việc nghiên cứu về nguyên lí hoạt động của máy gia tốc là một vấn đề... tính nằm ở chỗ khả năng sinh ra chùm hạt có năng lượng và cường độ lớn đồng thời đường kính của chùm tia cũng như độ phân tán năng lượng nhỏ Những tính năng ưu việt của máy gia tốc tuyến tính:  Khả năng hội tụ để tạo ra chùm hạt cường độ lớn  Khả năng ngăn ngừa chùm tia đi ngang  Không bị mất năng lượng trong quá trình chùm hạt đồng bộ với sóng điện từ  Kĩ thuật đưa chùm hạt mang điện vào ống tăng ... klystron 35 Hình 2.11 Nguồn phát electron catod quang điện 37 Hình 3.1 Đồ thị thể tăng dần tỉ số lượng electron 60 vị trí z so với lượng ban đầu electron tăng tốc Hình 3.2 Đồ thị thể tăng lượng electron. .. Trong thực tế, pha chùm hạt tăng tốc điều chỉnh cho tiệm cận với giá trị 900 Sự lựa chọn tạo tăng tốc lớn độ phân tán lượng electron xung nhỏ [10] 39 CHƯƠNG TÍNH ĐỘ TĂNG NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON. .. Nguồn phát electron 36 CHƯƠNG - TÍNH ĐỘ TĂNG NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG MÁY GIA TỐC TUYẾN TÍNH RF 39 3.1 Mô tả chuyển động hạt hàm Hamilton 39 3.2 Quá trình tăng tốc